结晶定义:
水的结晶
1、物质从液态(溶液或溶融状态)或气态形成晶体的过程。
2、晶体,即原子、离子或分子按一定的空间次序排列而形成的固体。也叫结晶体。
结晶方法:
一般为两种,一种是蒸发结晶,一种是降温结晶。
1、蒸发结晶
(1)原理
蒸发结晶:蒸发溶剂,使溶液由不饱和变为饱和,继续蒸发,过剩的溶质就会呈晶体析出,叫蒸发结晶。例如:当NaCl和KNO
3的混合物中NaCl多而KNO
3少时,即可采用此法,先分离出NaCl,再分离出KNO
3。
可以观察溶解度曲线,溶解度随温度升高而升高得很明显时,这个溶质叫陡升型,反之叫缓升型。
当陡升型溶液中混有缓升型时,若要分离出陡升型,可以用降温结晶的方法分离,若要分离出缓升型的溶质,可以用蒸发结晶的方法,也就是说,蒸发结晶适合溶解度随温度变化不大的物质,如:氯化钠。
如硝酸钾就属于陡升型,氯化钠属于缓升型,所以可以用蒸发结晶来分离出氯化钠,也可以用降温结晶分离出硝酸钾。
(2)实验过程
在蒸发皿中进行,蒸发皿放于铁架台的铁圈上,倒入液体不超过蒸发皿容积的2/3,蒸发过程中不断用玻璃棒搅拌液体,防止受热不均,液体飞溅。看到有大量固体析出,或者仅余少量液体时,停止加热,利用余热将液体蒸干
2、降温结晶
先加热溶液,蒸发溶剂成饱和溶液,此时降低热饱和溶液的温度,溶解度随温度变化较大的溶质就会呈晶体析出,叫降温结晶。例如:当NaCl和KNO
3的混合物中KNO
3多而NaCl少时,即可采用此法,先分离出KNO
3,再分离出NaCl。
降温结晶后,溶质的质量变小;溶剂的质量不变;溶液的质量变小;溶质质量分数变小;溶液的状态是饱和状态。
(1)原理
①降温结晶的原理是温度降低,物质的溶解度减小,溶液达到饱和了,多余的即不能溶解的溶质就会析出。蒸发结晶的原理是恒温情况下或蒸发前后的温度不变,溶解度不变,水分减少,溶液达到饱和了即多余的溶质就会析出。例如盐碱湖夏天晒盐,冬天捞碱,就是这个道理。
②如果两种可溶物质混合后的分离或提纯,谁多容易达到饱和,就用谁的结晶方法,如氯化钠中含有少量的碳酸钠杂质,就要用到氯化钠的结晶方法即蒸发结晶,反之则用降温结晶。
③当然有关了。溶解度曲线呈明显上升趋势的物质,其溶解度随温度变化较大,一般用降温结晶,溶解度曲线略平的物质,其溶解随温度变化不大,一般用蒸发结晶。
④补充说明:“谁容易达到饱和”就是说两种可溶物质中的哪一种物质的含量较大,那么它就先达到饱和。这时它就容易析出,我们就采用它的结晶方法。
⑤氢氧化钙和气体除外,因为其溶解度曲线为随温度升高而降低,所以采用冷却热饱和溶液时,应降温,其余方法相同。
结晶法分离混合物:
对于几种可溶性固态物质的混合物可根据它们的溶解度受温度影响大小的不同,采用结晶法分离。如分离KNO
3和少量NaCl的混合物,可先将它们配制成热饱和溶液,然后再采用冷却热饱和溶液的方法进行分离。
溶质质量分数:
1.
概念:溶液中溶质的质量分数是溶质质量与溶液质量之比。
2.
表达式:溶质质量分数=
=
3.
含义:溶质质量分数的含义是指每100份质量的溶液中含有溶质的质份为多少。如100g10%的NaCl溶液中含有10gNaCl.。不要误认为是100g水中含有10gNaCl。
应用溶质质量分数公式的注意事项: ①溶质的质量是指形成溶液的那部分溶质,没有进入溶液的溶质不在考虑范围之内。如在20℃时,100g水中最多能溶解36gNaCl,则20gNaCl放入50g 水中溶解后,溶质的质量只能是18g。
②溶液的质量是该溶液中溶解的全部溶质的质量与溶剂的质量之和(可以是一种或几种溶质)。
③计算时质量单位应统一。
④由于溶液的组成是指溶液中各成分在质量方面的关系,因此,对溶液组成的变化来说,某物质的质量分数只有在不超过其最大溶解范围时才有意义。
例如在20℃时,NaCl溶液中溶质的质量分数最大为26.5%,此时为该温度下氯化钠的饱和溶液,再向溶液中加入溶质也不会再溶解,浓度也不会再增大。因此离开实际去讨论溶质质量分数更大的NaCl溶液是没有意义的。
⑤运用溶质质量分数表示溶液时,必须分清溶质的质量、溶剂的质量和溶液的质量。
a.结晶水合物溶于水时,其溶质指不含结晶水的化合物。如CuSO
4·5H
2O溶于水时,溶质是CuSO
4。
溶质质量分数=
×100%
b.当某些化合物溶于水时与水发生了反应,此时溶液中的溶质是反应后生成的物质。如Na
2O溶于水时发生如下反应:Na
2O+H
2O==2NaOH。反应后的溶质是NaOH,此
溶液的溶质质量分数=
。
c.若两种物质能发生反应,有沉淀或气体生成,此时溶液中的溶质质量分数=
影响溶质质量分数的因素:
(1)影响溶质质量分数的因素是溶质、溶剂的质录,与温度、是否饱和无关。在改变温度的过程中若引起溶液中溶质、溶剂质量改变,溶质的质量分数也会改变,但归根结底,变温时必须考虑溶质、溶剂的质量是否改变。因而,影响溶质的质量分数的因素还是溶质、溶剂的质量。例如:
①将饱和的NaNO
3溶液降低温度,由于析出品体,溶液中溶质的质缺减少,溶剂的质量不变,所以溶液中溶质的质量分数变小。
②将饱和的NaNO
3溶液升高温度,只是溶液变成了不饱和溶液,溶液中溶质、溶剂的质量不变,因而溶液中溶质的质量分数不变。
(2)不要认为饱和溶液变成不饱和溶液,溶质的质量分数就变小;也不要认为不饱和溶液变成饱和溶液,溶质的质量分数就变大;要具体问题具体分析。
有关溶质质量分数计算的类型(1)
利用公式的基本计算 ①已知溶质、溶剂的质量,求溶质的质量分数。
直接利用公式:溶质的质量分数=
×100%
②已知溶液、溶质的质量分数,求溶质、溶剂的质量。
利用公式:溶质的质量=溶液的质量×溶质的质量分数
溶剂的质量=溶液的质量一溶质的质量
③已知溶质的质量、溶质的质量分数,求溶液的质量。
利用公式:溶液的质量=溶质的质量÷溶质的质量分数
④质量、体积、密度与溶质质量分数的换算
当溶液的量用体积表示时,计算时应首先将溶液的体积换算成质量后再进行相关计算。因为计算溶质的质量分数的公式中各种量都是以质量来表示的,不能以体积的数据来代替。
利用公式:溶液的质量=溶液的体积×溶液的密度
(2)
溶液的稀释与浓缩
|
方法 |
计算依据 |
计算公式 |
溶液的稀释 |
①加水稀释 ②加稀溶液稀释 |
①加水稀释前后,溶液中溶质的质量不变 ②用稀溶液稀释浓溶液时。稀溶液中溶质的质量与浓溶液中溶质的质量之和等于混合后溶液中溶质的质量 |
加水稀释:稀释前后溶液中溶质的质量不变 m浓×ω浓%=(m浓+m水)×ω稀% |
溶液的浓缩 |
①添加溶质 ②蒸发溶剂 ③加入浓溶液 |
①原溶液中的溶质与后加入的溶质质量之和等于混合后溶液中的溶质质量 ②蒸发溶剂前后溶液中溶质的质量不变(没有溶质析出) ③原溶液中的溶质与后加入浓溶液中的溶质质量之和等于混合后溶液中的溶质质量 |
蒸发浓缩:浓缩前后溶液中溶质的质量不变(m稀-m水)×ω浓%=m稀×ω稀% |
注意:
a.几种溶液混合,溶液的体积不能简单相加,即V
总≠V
A+V
Bb.混合后溶液的质量、溶质的质量可以相加,即m
总=m
A+m
B
c. 要求混合后溶液的总体积,必须依据公式V=m/ρ,所以要知道混合溶液的密度才能求出总体积。
(3)
饱和溶液中溶质质量分数的计算a. 固体溶解度的计算公式
根据固体溶解度的计算公式[溶解度(S)=
×100g]可推导出:
,
b. 溶解度与溶质质量分数的关系
|
溶解度 |
溶质质量分数 |
意义 |
物质溶解性的量度,受外界温度的影响 |
表示溶液中溶质质量的多少,不受外界条件影响 |
容积要求 |
100g |
无要求 |
温度要求 |
与温度有关 |
一般与温度无关 |
溶液是否饱和 |
一定达到饱和 |
不一定饱和 |
计算公式 |
×100g |
|
单位 |
克 |
无单位 |
联系 |
饱和溶液中溶质的质量分数= |
特殊的溶质质量分数的计算:(1)
结晶水合物溶于水时,其溶质指不含结晶水的化合物。
如CuSO
4·5H
2O溶于水时,溶质是CuSO
4。
溶质质量分数=
×100%
(2)
溶质只能是已溶解的那一部分,没有溶解的不能做溶质计算
如20℃时,20gNaCl投入到50g中水中(20℃时,NaCl的溶解度为36g)。20℃时50g水最多只能溶解18gNaCl,如溶质的质量为18g,而不是20g,所以该NaCl溶液的质量分数=18g/(50g+18g)×100%=26.5%。
(3)
当某些化合物溶于水时与水发生了反应,此时溶液中的溶质是反应后生成的物质。如Na
2O溶于水时发生如下反应:Na
2O+H
2O==2NaOH。反应后的溶质是NaOH,此
溶液的溶质质量分数=
。
(4)
某混合物溶于水,要计算某一溶质的质量分数,溶液的质量包括混合物与水的质量如5gNaCl和1gKNO3的混合物溶于100g水,计算NaCl的溶质质量分数:
ω(NaCl)=5g/(5g+1g+100g)×100%=4.7%。
(5)
利用元素的质量分数进行计算
溶液中溶质的质量分数与溶质中某元素的质量分数之间有着联系。溶液的溶质质量分数×溶质中某元素的质量分数=溶液中某元素的质量分数。
溶质质量分数的不变规律:(1)从一瓶溶液中不论取出多少溶液,取出溶液及剩余溶液的溶质质量分数与原来溶液中溶质质量分数相同。
(2)溶质、溶质质量分数均相同的两种溶液混合,所得溶液的质量分数保持不变。
(3)一定温度时,向某饱和溶液中加入该溶质,所得溶液的溶质质量分数保持不变。
(4)一定温度时,对某饱和溶液恒温蒸发溶剂,所得溶液的溶质质量分数保持不变。
(5)对于溶解度随温度升高而增大的物质来说,将其饱和溶液(底部没有固体时)升高温度,所得溶液的溶质质量分数保持不变。而对于溶解度随温度升高而减小的物质(熟石灰)来说,降低温度,所得溶液的溶质质量分数保持不变。
酸: 1.
定义:电离时生成的阳离子全部是H
+的化合物
2.
常见的酸:HCl,H
2SO
4,HNO
3,H
3PO
4。
碱: 1.
定义:电离时生成的阴离子全部是OH
-的化合物
2.
常见的碱:NaOH,KOH,Cu(OH)
2,Fe(OH)
3等
盐: 1. 定义:电离时生成金属离子(包括NH
4+)和酸根离子的化合物
2. 常见的盐:NaCO
3,NaCl,NaSO
4等
酸、碱、盐的比较:
|
从化学组成看 |
从电离观点看 |
组成特点 |
酸 |
由氢元素和酸根组成 |
电离时生成的阳离子全都是氢离子(H+)的化合物 |
一定含氢元素 |
碱 |
由金属元素和氢氧根组成(氨水也是碱) |
电离时生成的阴离子全都是氢氧根离子(OH-)的化合物 |
一定含氢、氧 元素 |
盐 |
含有金属元素(或NH4+) 和酸根 |
电离时能生成金属离子(或NH4+)和酸根离子的化合物 |
酸式盐中一定含氢元素,碱式盐中一定含氢、氧元素 |
氧化物:
1.定义:由两种元素组成,其中一种是氧元素的化合物(即由氧元素和另一种元素组成的化合物)。
2.分类:
(1)根据组成分类:
金属氧化物,如Na2O,CuO等
非金属氧化物,如CO2,NO等
(2)根据性质分类:
①酸性氧化物
能和碱反应生成盐和水的氧化物如CO2,SO3等
②碱性氧化物
能和酸反应生成盐和水的氧化物如CaO、Fe2O3等
③两性氧化物(初中不作要求)
④不成盐氧化物
不能直接反应生成盐的氧化物如CO,NO等
金属氧化物性质小结:
1.与水反应生成碱(可溶性金属氧化物)
Na2O+H2O==2NaOH
CaO+H2O==Ca(OH)2
2.与强酸反应
CaO+2HCI==CaCl2+H2O
Fe2O3+6HCl==2FeCl3+3H2O
Fe2O3+3H2SO4==Fe2(SO)3+3H2O
CuO+2HCl==CuCl2+H2O
CuO+H2SO4==CuSO4+H2O
3.与H2、CO或C反应
CuO+H2==Cu+H2O
2CuO+C==2Cu+CO2↑
CuO+CO==Cu+CO2
Fe2O3+3H2==2Fe+3H2O
2Fe2O3+3C==4Fe+3CO2↑
Fe2O3+3CO==2Fe+3CO2
Fe3O4+4H2==3Fe+4H2O
Fe3O4+2C==3Fe+2CO2↑
Fe3O4+4CO==3Fe+4CO2
非金属氧化物性质小结:
1.部分非金属氧化物与水反应生成相应的酸
CO2+H2O==H2CO3
SO2+H2O==H2SO3
2.与碱反应生成盐和水
Ca(OH)2+CO2==CaCO3↓+H2O
2NaOH+CO2==Na2CO3+H2O
Ca(OH)2+SO2==CaSO3↓+H2O
2NaOH+SO2==Na2SO3+H2O
易错点:
①酸性氧化物多数是非金属氧化物,但也可能是金属氧化物(如Mn2O7);碱性氧化物肯定是金属氧化物。
②非金属氧化物一般都是酸性氧化物,但H2O、CO、NO等不是酸性氧化物。
过氧化物:
常见的过氧化物有过氧化氢(H2O2)、过氧化钠 (Na2O2)。
过氧化氢俗称双氧水,在催化剂的催化作用下能分解生成水和氧气,常用于实验室制取氧气。过氧化氢具有极强的氧化性,可用作杀菌剂,漂白剂。
过氧化钠能与二氧化碳反应:2Na2O2+2CO2== 2Na2CO3+O2,根据该性质,可将过氧化钠用在坑道、潜艇或宁宙飞船等缺氧的场所,将人们呼出的CO2转换成O2,供给呼吸。
求化合价:
化合价是元素的一种性质,它只有在元素彼此化合时才表现出来。在化合物中正、负化合价代数和等于零,这是求化合价的准则。
几种求法:
一、由化学式或根式
1.求AmBn化合物中A元素化合价的公式: (B元素的化合价×B的原子个数)/A的原子个数
2.求多元化合物中未知化合价的元素的化合价公式: (已知化合价诸元素价数的代数和)/未知化合价的元素的原子个数
3.根据正、负电荷数判断元素(或原子团)的化合价。 在根式中,正、负化合价总价数的代数和等于根式所带的正、负电荷数。
二、由元素质量比
1.(A元素的相对原子质量×B元素的化合价)/(B元素的相对原子质量×元素的化合价)=A元素的质量比值/B元素的质量比值
2.A元素的质量比值(或百分组成)×A的化合价/A的相对原子质量=B元素的质量比值(或百分比组成)×B的化合价/B相对原子质量
三、由质量比
(B的化合价×A的相对原子质量比值)/(A的化合价×B的相对原子质量比值)=A元素的质量比值/B元素的质量比值
正负代化合价数和为零:
【例1】试确定化合物K2MnO4中Mn元素的化合价。 解析:设化合物中Mn元素化合价为+x价,依化合物中各元素化合价正负代数和为零的原则有2×(+1)+1×(+x)+4×(-2)=0解之得x=6 故K2MnO4中Mn元素化合价为+6价。
电子层结构法
【例2】元素X的原子最外层上有1个电子,元素Y的原子最外层上有6个电子,则X、Y两元素可形成的化合物的化学式为[] A.XYB.X2YC.XY2D.X3Y 解析:本题的关键可以说是首先得确定在形成化合物时,X、Y两元素所表现的化合价。因X最外层上只有1个电子,最高正价为+1价,Y最外层6个电子,离8电子稳定结构尚差2个,故最低负价为-2价,则X、Y所形成化合物分子式为X2Y,应选B。
质量分数法
【例3】某元素的相对原子质量为59,在其氧化物中该元素的质量分数为71%,则它的化合价为[] A.+1B.+2C.+3D.+4 解析:设该元素的氧化物化学式为RxOy 依题意有59x/(59x+16y)*100%=71% 解得x/y=2:3 故化学式为R2O3,R化合价为+3价,选C。
质量守恒定律法
【例4】某金属氧化物与足量的盐酸反应,生成的氯化物与水的分子数之比为2∶3,则该金属的化合价是[] A.+1B.+2C.+3D.+4
解析:设生成的氯化物化学式为RClx,依题意有分子数之比RClx∶H2O=2∶3根据质量守恒定律可知,反应前后各元素的原子种类和数目不变,生成物中H、Cl的原子个数比也应为1:1,故x值为3,则R的化合价为+3价,选C。
相对分子质量法
【例5】某金属元素的氧化物相对分子质量为M,同价态的氯化物相对分子质量为N,则该元素的化合价数值为[]
解析:设该元素化合价为+x价,相对原子质量为MR
(1)如x为奇数时,氧化物化学式为R2Ox,氯化物化学式为RClx,据题意有
2MR+16x=M(1)
MR+35.5x=N(2)
(2)*2-(1)得x的值为x=+(2N-M)/55
(2)x为偶数时,氧化物化学式为Rox/2氯化物化学式为RClx,据题意有 MR+35.5x=N(4) x=+(N-M)/27.5
质量关系法
【例6】相对原子质量为M的金属单质ag与足量的稀硫酸反应,产生bg氢气,则反应中该金属元素的化合价为[]
解析:设金属在反应中化合价为+x价,则金属单质与生成H2有如下关系:
2R~xH2
2M 2x
a b
故应选B。
相关因素讨论法
【例7】某元素M原子最外层电子数少于5,其氧化物化学式为MxOy,氯化物化学式MClz当y∶z=1∶2时,M的化合价可能是[]
A.+1B.+2C.+3D.+4
解析:M的化合价在数值上等于z的值
如y=1z=2(合理) y=2z=4(合理) y=3z=6(与最外层电子数少于5不符) 故应选B、D。
溶液的酸碱度及表示方法
1. 溶液的酸碱性:溶液呈酸性、碱性或中性,通常用指示剂来测定。
2. 溶液的酸碱度:指溶液酸碱性的强弱程度,即酸碱度是定量表示溶液酸碱性强弱的一种方法.溶液的酸碱度通常用pH表示。
3. pH的范围:0—14
溶液酸碱度和pH值的关系
溶液的pH值 |
溶液的酸碱度 |
<7 |
酸性溶液(pH越小,酸性越强) |
=7 |
中性溶液 |
>7 |
碱性溶液(pH越大,碱性越大) |
(1)呈酸性的溶液不一定是酸溶液,如NaHSO
4溶液呈酸性,但属于盐溶液;呈碱性的溶液不一定是碱溶液,如Na
2CO
3溶液呈碱性,但它也是盐溶液。
(2)粗略测定溶液的酸碱度常用pH试纸。
pH的测定方法:测定溶液pH通常用pH试纸和pH计。其中用pH试纸测定溶液pH的具体操作为:测定时,将pH试纸放在表面皿上,用干净的玻璃棒蘸取被测溶液并滴在pH试纸上,半分钟后把试纸显示的颜色与标准比色卡对照,读出溶液的pH,简记为:“一放、二蘸、三滴、四比”。
改变溶液pH的方法:溶液的pH实质是溶液中H
+浓度或OH
-浓度大小的外在表现。改变溶液中H
+浓度或OH
-浓度,溶液的pH就会发生改变。
方法一加水:只能改变溶液的酸碱度,不能改变溶液的酸碱性,即溶液的pH只能无限地接近于7。
①向酸性溶液中加水,pH由小变大并接近7,但不会等于7,更不会大于7(如下图所示)。
②向碱性溶液中加水,pH由大变小并接近于7,但不会等于7,更不会小于7(如下图所示)。
方法二加酸碱性相同,pH不同的溶液:原溶液酸碱性不会发生变化,但混合后溶液的pH介于两种溶液之间:
方法三加酸碱性相反的溶液:混合后发生中和反应,溶液的pH可能等于7,若加入的溶液过量,原溶液的酸碱性就会与原来相反(如下图所示)。
pH值测定时的注意事项:①不能直接把pH试纸浸入待测的溶液中,以免带入杂质,同时还可能溶解pH试纸上的一部分指示剂,致使比色时产生较大误差。
②不能先用水将pH试纸润湿再进行测定。因为将待测溶液滴到用水润湿后的pH试纸上,其溶质质量分数将变小。
③用pH试纸测得溶液的pH一般为整数。
了解溶液的酸碱度的重要意义: ①化工生产中许多反应必须在一定pH溶液里才能进行;
②在农业生产中.农作物一般适宜在pH为7或接近于7的土壤中生长;
③测定雨水的pH(因溶解有二氧化碳,正常雨水的pH约为5.6,酸雨的pH小于5.6),可以了解空气的污染情况;
④测定人体内或排出的液体的pH,可以了解人体的健康状况。
身边一些物质的pH:
酸碱指示剂: 跟酸或碱的溶液起作用而显示不同颜色的物质,叫酸碱指示剂,通常也简称指示剂。
紫色石蕊试液和无色酚酞试液的显色:紫色石蕊试液和无色酚酞试液是两种常用的酸碱指示剂,它们与酸性、碱性溶液作用时显示的颜色见下表:
|
酸性溶液 |
碱性溶液 |
中性溶液 |
石蕊试液 |
红 |
蓝 |
紫 |
酚酞试液 |
无 |
红 |
无 |
易错点:①变色的是指示剂,而不是酸或碱的溶液。如盐酸使紫色石蕊试液变红,不能说成紫色石蕊试液使盐酸变红,但可以说紫色石蕊试液遇盐酸变红。
②酸或碱的溶液能使紫色石蕊试液或酚酞试液变色,但能使紫色石蕊试液或酚酞试液变色的不一定是酸或碱的溶液,还可能是酸性盐溶掖或碱性盐溶液。如碳酸钠溶液能使紫色石蕊试液变蓝,但碳酸钠不是碱,而是盐。
酸碱指示剂的代用品: 在自然界里,有许多植物色素在不同的酸碱性溶液中.都会发生特定的颜色变化。这些植物色素可以用作石蕊和酚酞等指示剂的代用品。一些植物的色素及其在酸碱性溶液中的颜色变化如下:
|
代用指示剂的颜色 |
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在酸性溶液中 |
在中性溶液中 |
在碱性溶液中 |
牵牛花 |
红色 |
紫色 |
蓝色 |
苏木 |
黄色 |
红棕色 |
玫瑰红色 |
紫萝卜皮 |
红色 |
紫色 |
黄绿色 |
月季花 |
浅红色 |
红色 |
黄色 |
美人蕉 |
淡红色 |
红色 |
绿色 |